一次調(diào)頻的技術(shù)改造

孫亞偉

(國電蓬萊發(fā)電有限公司，山東 蓬萊 265600)

0 概述

某發(fā)電公司2×330 MW的機(jī)組的汽輪機(jī)型號為N330-16.7/538/538，是亞臨界中間一次再熱凝汽式汽輪機(jī)，反動(dòng)式、單軸、雙缸雙排汽，高中壓合缸、低壓缸分流。鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限公司利用美國CE技術(shù)制造的亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、單爐膛、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置、控制循環(huán)燃煤汽包爐，采用平衡通風(fēng)、直流式燃燒器、四角切圓燃燒方式。發(fā)電機(jī)為哈爾濱電機(jī)有限責(zé)任公司制造的QFSN-330-2型、采用靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機(jī)，額定輸出容量/功率為353 MVA/330 MW，額定定子電壓為20 kV，額定轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，頻率為50 Hz，額定功率因數(shù)cosφ為0.85。機(jī)組熱控系統(tǒng)為EDPF-NT+系統(tǒng)是由北京國電智深控制技術(shù)有限公司提供的分散控制系統(tǒng)(DCS)。該DCS主要包括：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)、模擬量控制系統(tǒng)(MCS)、順序控制系統(tǒng)(SCS)、鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)、數(shù)字式電液控制系統(tǒng)(DEH)、鍋爐吹灰程控系統(tǒng)、循環(huán)水泵房控制系統(tǒng)等。

1 一次調(diào)頻效果不好的原因

1.1 一次調(diào)頻信號的同源和精度不高

電力調(diào)度中心對一次調(diào)頻檢測的手段和方法為，在發(fā)電廠安裝同步相量測量裝置(phasor measurement unit，PMU)，構(gòu)建電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)(wide area measurement system，WAMS)，通過調(diào)度中心主站實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程的監(jiān)測和分析。PMU示意如圖1所示。

圖1 PMU示意

國家電網(wǎng)公司下屬各省電力調(diào)度中心的一次調(diào)頻性能考核系統(tǒng)通過PMU自動(dòng)判定機(jī)組本月各次一次調(diào)頻動(dòng)作是否合格、累計(jì)分?jǐn)?shù)，并進(jìn)行考核。山東省電力調(diào)度中心的一次調(diào)頻性能考核系統(tǒng)也是通過PMU來判定的。判斷一次調(diào)頻是否合格的基準(zhǔn)(對有時(shí)間標(biāo)簽的電量的面積積分)就是各臺機(jī)組進(jìn)行一次調(diào)頻試驗(yàn)是否成功的基準(zhǔn)。傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作的一次調(diào)頻信號來自DEH的轉(zhuǎn)速卡。由于DEH的轉(zhuǎn)速卡的量程為0—10 000 r/min，轉(zhuǎn)速卡只有1/1 000的精度，遠(yuǎn)低于1/100 000的精度，即沒有辦法達(dá)到0.1 r/min的分辨率。

1.2 一次調(diào)頻無效擾動(dòng)多

改造前，一次調(diào)頻控制策略為迎合電網(wǎng)考核，主要采用以下2種方式。

(1) 減小一次調(diào)頻動(dòng)作死區(qū)。機(jī)組一次調(diào)頻的組態(tài)中，一次調(diào)頻的函數(shù)死區(qū)常常沒有按照規(guī)程設(shè)置在±2 r/min，而是設(shè)置在±1.6 r/min。如此就造成機(jī)組每月的一次調(diào)頻動(dòng)作次數(shù)比正常情況增加1倍以上，這對機(jī)組尤其是汽輪機(jī)調(diào)門造成沖擊，影響汽輪機(jī)調(diào)門的使用壽命。

(2) 修改“轉(zhuǎn)速差—功率”函數(shù)，加大曲線斜率，增加動(dòng)作幅度，調(diào)頻幅度2 MW起步。

此控制策略雖能滿足電網(wǎng)考核標(biāo)準(zhǔn)要求，但會對機(jī)組造成大量無效擾動(dòng)，不利于發(fā)電機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2 NX-PFR一次調(diào)頻智能控制裝置的特點(diǎn)

NX-PFR一次調(diào)頻智能控制系統(tǒng)由NX-PFR一次調(diào)頻智能控制裝置、工控機(jī)、顯示器等組成，其中核心控制部分由NX-PFR一次調(diào)頻智能控制裝置完成。

2.1 全嵌入式硬件結(jié)構(gòu)平臺

采用高性能雙核CPU，其中包含32位ARM處理器和32位浮點(diǎn)數(shù)字信號處理器，可實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)頻率信號的高速率、高精度采集。同時(shí)采用基于電網(wǎng)功率變化動(dòng)態(tài)調(diào)整的先進(jìn)控制策略，控制邏輯內(nèi)置于裝置內(nèi)部，可實(shí)現(xiàn)信號采集和控制的無縫連接，直接輸出控制指令。功能合理分布、結(jié)構(gòu)緊湊，實(shí)現(xiàn)高性能、高可靠性、低功耗的整機(jī)一體化工業(yè)級設(shè)計(jì)，可長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行。

2.2 高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

采用16位高精度A/D轉(zhuǎn)換、模擬通道高速同步采樣控制計(jì)算、自動(dòng)頻率跟蹤等技術(shù)來保證裝置在很寬的頻率范圍內(nèi)數(shù)據(jù)采集、處理的精度。NX-PFR一次調(diào)頻智能控制裝置直接取電氣側(cè)的57.7 V的PT信號(與送至PMU信號為同一路)送入A/D采樣回路，采集精度達(dá)到電網(wǎng)要求的±0.001 Hz，有效提高了一次調(diào)頻動(dòng)作的正確率，減少大量了不必要的誤動(dòng)。

2.3 先進(jìn)的控制策略

采用基于電網(wǎng)功率變化動(dòng)態(tài)調(diào)整的控制策略，對電網(wǎng)不同頻差采用不同的動(dòng)作幅值，既能保證一次調(diào)頻動(dòng)作合格率達(dá)到電網(wǎng)考核要求，又能降低一次調(diào)頻動(dòng)作次數(shù)，確保了電網(wǎng)和機(jī)組的協(xié)調(diào)運(yùn)行。

2.4 冗余設(shè)計(jì)

一次調(diào)頻優(yōu)化系統(tǒng)機(jī)柜配置2臺NX-PFR一次調(diào)頻智能控制裝置，同時(shí)采集PMU頻率信號，各個(gè)裝置獨(dú)立運(yùn)算后分別送信號至DCS。即使其中1臺裝置出現(xiàn)故障，也不會影響系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

3 改造方案

3.1 硬件改動(dòng)

(1) 機(jī)組電子間內(nèi)增設(shè)1套NX-PFR型一次調(diào)頻智能控制裝置，用于機(jī)端頻率采集、一次調(diào)頻運(yùn)算、大擾動(dòng)測試控制。

(2) RTU，DCS系統(tǒng)依據(jù)測點(diǎn)清單增加相應(yīng)卡件，用于各控制、測試測點(diǎn)的傳輸。

(3) 機(jī)組熱工電源盤送出一路UPS、保安切換后電源，為NX-PFR一次調(diào)頻智能控制裝置供電。改造后系統(tǒng)如圖2所示。

3.2 軟件優(yōu)化及畫面修改

(1) 邏輯修改。DCS，DEH一次調(diào)頻控制邏輯中，F(xiàn)(x)后增加T切換功能塊，功能塊Y管腳輸入原一次調(diào)頻負(fù)荷指令，N管腳輸入NX-PFR一次調(diào)頻智能控制裝置指令。切換條件設(shè)置為：手動(dòng)切除、NX-PFR一次調(diào)頻智能控制裝置指令都故障(品質(zhì)壞)切除、NX-PFR一次調(diào)頻智能控制裝置都異常(裝置異常信號)切除。

(2) 一次調(diào)頻優(yōu)先AGC等負(fù)荷指令的調(diào)節(jié)方法。負(fù)荷指令增加時(shí)，若一次調(diào)頻動(dòng)作是正向調(diào)節(jié)，則負(fù)荷指令不閉鎖，輸出實(shí)時(shí)負(fù)荷指令；若一次調(diào)頻動(dòng)作是負(fù)向調(diào)節(jié)，則負(fù)荷指令閉鎖，保持當(dāng)前負(fù)荷指令。負(fù)荷指令減少時(shí)，若一次調(diào)頻動(dòng)作是負(fù)向調(diào)節(jié)，則負(fù)荷指令不閉鎖，輸出實(shí)時(shí)負(fù)荷指令；若一次調(diào)頻動(dòng)作是正向調(diào)節(jié)，負(fù)荷指令閉鎖，保持當(dāng)前負(fù)荷指令。這樣，在網(wǎng)頻波動(dòng)時(shí)，優(yōu)先進(jìn)行一次調(diào)頻調(diào)節(jié)，穩(wěn)定一次調(diào)頻的動(dòng)作幅值。避免由于機(jī)組負(fù)荷指令與一次調(diào)頻的不同向而對一次調(diào)頻實(shí)際動(dòng)作幅值產(chǎn)生衰減。以減少穩(wěn)定電網(wǎng)頻率的時(shí)間，維護(hù)電網(wǎng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行。

圖2 改造后系統(tǒng)

(3) 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組一次調(diào)頻控制方法。因?yàn)闊犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組中壓缸對外供熱，有一部分沒有用于發(fā)電做功，使一次調(diào)頻動(dòng)作不能滿足電網(wǎng)的要求，所以必須給予補(bǔ)償。根據(jù)供熱量的大小轉(zhuǎn)換為增量因子K，與一次調(diào)頻的動(dòng)作幅度相乘，通過安全限幅塊后加在DEH的輸出上。由于機(jī)組供熱方式不一樣，對外供熱的蒸汽對機(jī)組發(fā)電量影響的大小也不同，所以這個(gè)增量因子K要根據(jù)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組當(dāng)時(shí)的供熱情況隨機(jī)計(jì)算，或根據(jù)預(yù)設(shè)的函數(shù)輸出而定。當(dāng)供熱量較低時(shí)，增量因子K可以為1。

(4) 為避免裝置異常導(dǎo)致一次調(diào)頻負(fù)荷指令大幅度波動(dòng)，在一次調(diào)頻負(fù)荷指令接入負(fù)荷控制回路前增加限幅功能塊，限值設(shè)置為±26.4 MW。

(5) 為避免模擬量卡件漂移影響AGC調(diào)節(jié)品質(zhì)，NX-PFR一次調(diào)頻智能控制裝置輸入指令增加小信號切除功能，當(dāng)輸入指令小于0.3 MW時(shí)，切除該信號，輸出信號置0。

(6) 增加NX-PFR一次調(diào)頻智能控制裝置輸入指令異常判斷報(bào)警邏輯。

(7) DCS邏輯修改后，統(tǒng)一按邏輯執(zhí)行次序重新排列邏輯塊順序，確保在1個(gè)掃描周期內(nèi)完成該邏輯頁中的所有邏輯運(yùn)算。

(8) 在協(xié)調(diào)畫面中增加NX-PFR一次調(diào)頻智能控制裝置輸入指令顯示，供運(yùn)行人員監(jiān)視。

4 改造效果

該發(fā)電公司1號機(jī)組于2016年12月完成一次調(diào)頻同源改造，2號機(jī)組于2016年11月完成一次調(diào)頻同源改造。

(1) 在目前電網(wǎng)一次調(diào)頻考核模式下，機(jī)組正常一次調(diào)頻動(dòng)作負(fù)荷由原來±3.8 MW降低為±2MW以內(nèi)，確保一次調(diào)頻動(dòng)作幅度降低30 %以上，減小一次調(diào)頻對設(shè)備的沖擊。

(2) 改造后一次調(diào)頻動(dòng)作次數(shù)大幅減少，由原來每月千次降低到百次，機(jī)組誤動(dòng)作得到有效控制。

(3) 在目前電網(wǎng)的考核模式下，確保了機(jī)組一次調(diào)頻合格率在AGC投R模式時(shí)，達(dá)到80 %；一次調(diào)頻合格率在AGC投O模式時(shí)合格率超85 %。

1 陳仕剛.一次調(diào)頻反調(diào)及CCS負(fù)荷反調(diào)波動(dòng)大的原因分析[J].電力安全技術(shù)，2013，15(8)：7-13.

2 陳 亮，陳慧坤.廣東電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻性能分析[J].廣東電力，2008，21(8)：8-12.